宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是(shì)什么(me)？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的(de)天体通过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成就的例(lì)子。但(dàn)是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到(dào)星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引(yǐn)力(lì)是无法将它(tā)们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的(de)人们对这(zhè)样的(de)一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们(men)观测的(de)结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发(fā)现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和银(yín)河系不(bù)多，但是星(xīng)系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释的(de)。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它(tā)的附(fù)近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了(le)外(wài)部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和(hé)我们地(dì)球(qiú)上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离(lí)后的(de)二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观(guān)测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力(lì)来(lái)相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提(tí)出(chū)了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要的(de)实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿越着暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中会产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实(shí)际的(de)情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又(yòu)在南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目(mù)前还(hái)无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过(guò)这样(yàng)的(de)效应创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的(de)动力！

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